JP5912181B2 - Cell tissue inspection system, cell culture device, and cell tissue inspection method - Google Patents
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Description
本発明は、細胞組織検査システム、細胞培養装置、及び細胞組織検査方法に係り、特に、非侵襲で細胞品質を検査するシステムや方法に関するものである。 The present invention relates to a cell tissue inspection system, a cell culture apparatus, and a cell tissue inspection method, and more particularly to a system and method for non-invasively inspecting cell quality.
自分の細胞もしくは他人の細胞を用いて疾病の治療を行う再生医療では、生体から採取した細胞は、しばしば、培養して細胞の数を増やす、あるいはしかるべき形に組織を形成させた後に治療に用いられる。治療に用いる細胞の培養は、細胞プロセシングセンタ(Cell Processing Center:CPC)という細胞培養用クリーンルームの中で、GMP (Good Manufacturing Practice) に準拠して行わなければならない。例えば細胞シートのような患部に直接移植する組織の場合、その品質評価は、しばしば、移植片と同時作製された評価用試料を解析することで行われ、移植組織そのものは評価されていないのが現状である。また、培養中の細胞増殖程度は、現状位相差顕微鏡のみによって評価されており、多点を観察する必要がある場合には時間を要する。 In regenerative medicine, which uses his own cells or other people's cells to treat diseases, cells collected from living organisms are often treated after culturing to increase the number of cells or to form tissues in an appropriate shape. Used. Culture of cells used for treatment must be performed in accordance with GMP (Good Manufacturing Practice) in a cell culture center called Cell Processing Center (CPC). For example, in the case of a tissue that is directly transplanted to an affected part such as a cell sheet, the quality evaluation is often performed by analyzing an evaluation sample prepared simultaneously with the graft, and the transplanted tissue itself is not evaluated. Currently. In addition, the degree of cell proliferation during the culture is evaluated only by the current phase contrast microscope, and it takes time when multiple points need to be observed.
こうした課題を解決する手段として、例えば、非特許文献1、2には、電気抵抗計測によって非侵襲で、上皮細胞のバリア機能測定や細胞増殖程度の計測する手段が開示されている。微弱な交流電流もしくは交流電圧を通電することで、レジスタンス(R:抵抗)とキャパシタンス(C:静電容量)から構成される周波数依存的インピーダンスを計測し、バリア機能形成による細胞間隙経路のインピーダンスやレジスタンスの上昇や、接着・伸展した細胞群増加によるインピーダンスの上昇やキャパシタンス低下を算出することが可能であり、こうした手段を搭載した装置が開発されている。また、例えば、特許文献1、2には、細胞の活性(例えば呼吸活性)や、組織の特性(例えば活動電位)等を計測する計測手段が開示されており、細胞・組織種に応じて様々な非侵襲的計測手段を、品質検査に適用することができる。
As means for solving such problems, for example,
細胞品質の検査に関しては、細胞・組織種に応じて様々な非侵襲的計測手段を用い、培養中の細胞の増殖程度や細胞活性等の複数指標を評価したいというニーズがある。 Regarding the examination of cell quality, there is a need to evaluate various indicators such as the degree of cell proliferation and cell activity during culture using various non-invasive measurement means depending on the cell / tissue type.
しかしながら、上記特許文献1、2、非特許文献1、2に開示された技術は、特定の用途・目的の検査に特化したものであり、細胞培養において、自動で、複数指標で品質評価することに関しての言及は無い。すなわち、従来、自動で細胞を培養し、組織を作製する細胞培養装置において、個々の非侵襲計測手段を有機的に結び付けて、ある計測手段による計測結果をもとに、次の計測手段による計測を促し、自動で、複数指標による品質評価を指示することができる細胞培養装置およびシステムはない。
However, the techniques disclosed in
本発明の目的は、これらの課題を解決し、細胞・組織を複数指標で品質評価するために必要な一連の複数ステップの品質検査を、非侵襲かつ自動で行える、細胞培養装置、細胞組織検査システム及び細胞組織検査方法を提供することにある。 The object of the present invention is to solve these problems and perform a series of multi-step quality inspections necessary for quality evaluation of cells / tissues with a plurality of indices, in a non-invasive and automatic manner, a cell culture device, a cell tissue inspection It is to provide a system and a cell tissue examination method.
本発明の代表的なものの一例を示すと、次の通りである。細胞の組織を検査するための細胞組織検査システムであって、前記検査に用いる計測装置と、該計測装置を用いた測定対象の細胞組織の検査を制御する品質検査ユニットと、前記検査に関する情報を保持するデータベースとを備え、前記検査は、少なくとも前記細胞の生育状況の把握検査を含み、前記測定対象の細胞組織のインピーダンスを計測し、該計測結果と所定の第1の閾値との比較判定を行い、前記第1の閾値以上の場合と該閾値に満たない場合とで、次の検査の内容を変更することを特徴とする。 An example of a representative example of the present invention is as follows. A cell tissue inspection system for inspecting a tissue of a cell, comprising a measurement device used for the inspection, a quality inspection unit that controls inspection of a cell tissue to be measured using the measurement device, and information relating to the inspection A database for holding, the test includes at least a test for grasping a growth state of the cell, measures an impedance of the cell tissue to be measured, and compares and determines the measurement result with a predetermined first threshold value. And the contents of the next examination are changed depending on whether the threshold value is equal to or greater than the first threshold value or not.
本発明によれば、非侵襲かつ自動で、移植する細胞・組織そのものの複数指標による品質検査が可能となり、安全安心な再生医療を実現できる。 According to the present invention, it is possible to perform quality inspection using a plurality of indices of cells / tissues to be transplanted non-invasively and automatically, thereby realizing safe and secure regenerative medicine.
本発明においては、培養中にインピーダンスを経時モニタし、その変化の有無に応じて次の検査内容を変更する細胞組織検査システムを提供する。
本発明は、非侵襲的な細胞の複数指標による品質検査を実現する細胞培養装置として有用である。In the present invention, there is provided a cell tissue examination system that monitors impedance over time during culture and changes the next examination content according to the presence or absence of the change.
INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is useful as a cell culture device that realizes quality inspection using a plurality of noninvasive cell indices.
以下添付図面を参照して本発明の種々の実施例について説明する。ただし、これらの実施例は本発明を実現するための一例に過ぎず、本発明の技術的範囲を限定するものではない。また、各図において共通の構成については同一の参照番号が付されている。 Various embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. However, these examples are merely examples for realizing the present invention, and do not limit the technical scope of the present invention. In each drawing, the same reference numerals are assigned to common components.
本発明の第1の実施例に係る細胞組織検査システムを、図1〜図8を参照しながら説明する。図1は、第1の実施例に係る、細胞培養装置1の機能構成を説明するためのブロック図である。細胞培養装置1は、制御装置2と、内部に細胞培養容器4が配置された恒温槽3と、制御装置2により制御される各構成要素とを備えている。細胞培養容器4は、例えば、再生組織を培養するための上層用培養容器が、細胞を培養するための下層の培養容器内に収容された、2層構造になっている。制御装置2によって制御される細胞培養装置1の各構成要素は、恒温槽3および恒温槽内部に配置される細胞培養容器4に適切に接続される。制御装置2には、恒温槽3の温度を制御するための温度調節部5と、培養容器内の湿度を制御するための湿度調節部6と、培養容器内のガス濃度を制御するための、ガス供給部7を有するガス濃度調節部8と、培養容器内の培養液を自動で交換するための、培養液と廃液を保持するタンク9に接続された送液用チューブを有する培養液供給ポンプ10と、温度・湿度・CO2・O2センサー11と、細胞培養容器4内の細胞形態を確認することを目的としたカメラ等の細胞観察用装置12と、細胞増殖状況およびバリア測定を目的としたインピーダンス計測装置13と、細胞・組織形状計測装置14と、活動電位計測装置15と、細胞活性計測装置16と、ユーザインタフェースとしての表示画面17を表示するディスプレイ18が接続されている。なお、上記各計測装置は、各々、測定対象の細胞培養容器4内に予め組み込まれており、培養容器内で培養中の細胞の状態を非侵襲的に計測可能である。例えば、インピーダンス計測装置13は培養中の細胞のインピーダンスを経時モニタ可能である。あるいは、上記計測装置の何れかは、その測定部が恒温槽3内を移動可能であり各培養容器における培養中の細胞の状態を非侵襲的に計測可能に構成されていても良い。A cell tissue examination system according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a block diagram for explaining a functional configuration of the
制御装置2は、中央処理部(Central Processing Unit:CPU)からなる処理部、記憶部、及び、ディスプレイ18やキーボードからなる入出力部等を備える通常のコンピュータである。制御装置2は、記憶部で記憶された各種のプログラム19を、データベース20に蓄積された各種の情報を用いて、処理部としてのCPU上で動作させることで、温度調節部5〜細胞活性計測装置16を制御することにより、恒温槽3中の培養環境を制御し、かつ、細胞品質を検査することで、培養容器4中で所望の培養を行うことを可能とする。プログラム19には、品質検査プログラム(品質検査ユニット)も含まれており、ユーザは、制御装置2の入出力部(ユーザインタフェース)の1つである表示画面17のメニュー画面を選択して品質検査ユニットを起動することができる。そして、検査に必要な情報を入力することで、品質検査ユニットによる一連の細胞組織の検査が自動で行われる。ユーザは、表示画面のメニューを選択し、その検査過程や検査結果に関する情報を、適宜表示させることができる。表示画面17にGUI機能を持たせ、ユーザが画面をタッチして入出力の操作をできるようにしても良い。
The
図2は、図1のプログラム19の1例を示す図であり、上皮系細胞シート(バリア機能を必要とする場合)を対象組織とした、複数段階に亘る一連の品質検査を実行する品質検査プログラム(品質検査ユニット)の1例である。品質検査ユニットを起動したユーザは、表示画面17から、測定対象の細胞組織のデータや検査に関係する条件・パラメータなどを入力する(ステップS0)。品質検査ユニットは、まず、細胞観察用装置12やインピーダンス計測装置13を用いて、高周波数(例えば4000Hz以上数万Hz以下)の交流電流および交流電圧で測定対象の細胞組織のインピーダンスを計測し、細胞増殖の状況をモニタする(ステップS1)。次に、この計測したインピーダンスを過去データのデータベースと照合する(ステップS2)。図3は、図2のステップS2に用いるデータベース(テーブル201)の1例を示す図である。このテーブル201は、細胞密集度と高周波数のインピーダンスとの関係を与えるものである。密集度が低い場合(図3a)はインピーダンスが閾値Z1よりも低く、密集度が適正な範囲にある場合(図3b)はインピーダンスが所定の閾値Z1付近にある。また、密集度が高い場合(図3c)はインピーダンスが高く、閾値Z1よりも十分に高い値を示す。(なお、インピーダンスの代わりにコンダクタンスを用いても良いことは言うまでもない。)
また、図4は、培養開始時の細胞播種密度の違いで、高周波数のインピーダンスが上昇し、定常状態になる時間Tが異なる様子を示すデータベース(テーブル202)の一例を示すものである。播種密度が濃い場合(図4a)はインピーダンスが時間t1で閾値Z2を超えさらに上昇し定常状態に至るまでの時間が早い。密集度が適度な範囲にある場合(図4b)は、インピーダンスが時間t2で値Z2を超える。一方、播種密度が薄い場合(図4c)はインピーダンスが閾値Z2を超えるまでの時間t3が遅くなる。FIG. 2 is a diagram showing an example of the
FIG. 4 shows an example of a database (table 202) showing a state in which the high frequency impedance is increased and the time T during which the steady state is reached differs depending on the cell seeding density at the start of culture. When the seeding density is high (FIG. 4a), the impedance exceeds the threshold value Z2 at time t1 and further rises to reach a steady state. When the density is in an appropriate range (FIG. 4b), the impedance exceeds the value Z2 at time t2. On the other hand, when the sowing density is low (FIG. 4c), the time t3 until the impedance exceeds the threshold value Z2 is delayed.
品質検査ユニットは、所望の時間で測定対象の細胞組織にインピーダンスZの変化があるか検査する(ステップS3)。すなわち、データベース(テーブル201、202)の情報から、インピーダンスの変化の有無を判断する。例えば、閾値Z(=Z1=Z2)とし、時間t2迄にインピーダンスがこの閾値Zを超えれば、変化が有ったと判定する。あるいは、測定対象の細胞組織の用途等に応じて、ユーザが判定条件を適宜変更できるようにしても良い。 The quality inspection unit inspects whether there is a change in impedance Z in the cell tissue to be measured at a desired time (step S3). That is, the presence or absence of a change in impedance is determined from information in the database (tables 201 and 202). For example, the threshold value Z (= Z1 = Z2) is set, and if the impedance exceeds the threshold value Z by time t2, it is determined that there has been a change. Alternatively, the determination condition may be appropriately changed by the user according to the use of the cell tissue to be measured.
このように、品質検査ユニットがステップS1〜S3を実行することによって、細胞の生育状況を把握することができる。 Thus, the quality inspection unit can grasp the growth state of the cells by executing steps S1 to S3.
インピーダンス変化が認められない場合(ステップS3でNO)は、次に、適当な細胞活性計測装置16によって測定対象の細胞組織の細胞活性を計測する(ステップS4)。まず、過去データのデータベースと照合し(ステップS5)、細胞活性の有無を検査する(ステップS6)。 If no impedance change is observed (NO in step S3), the cell activity of the cell tissue to be measured is then measured by the appropriate cell activity measuring device 16 (step S4). First, it collates with the database of past data (step S5), and the presence or absence of cell activity is inspected (step S6).
図5のテーブル203は、図2のステップS5、S6に用いるデータベースの1例を示す図であり、細胞活性と電気化学顕微鏡で細胞計測した場合に取得可能な細胞呼吸活性の関係を示すものである。細胞活性が低い、即ち細胞が増殖期状態でない場合(図5a)は呼吸活性が閾値(B1)よりも低く、中間の増殖期状態(図5b)では呼吸活性が閾値(B1)付近にある。また、細胞活性が高い、即ち細胞が活発に増殖する状態にある場合(図5c)は、呼吸活性が高く、閾値(B1)より十分に高い値を示す。これらのデータベース(テーブル)の情報から、細胞活性が認められるか否か(図2のステップS6)を判断する。閾値(B1)よりも低く細胞活性が認められない場合(ステップS6でNO)は、細胞が死滅もしくはそれに準ずる状態であると判断し、細胞培養を中止する(ステップS7)。細胞活性が認められる場合は培養継続し(ステップS8)、ステップS1〜3を再度行う。細胞活性を非侵襲計測する手法としては、電気化学顕微鏡による細胞呼吸活性計測や、レーザー偏光による細胞生死計測、位相シフトレーザーによる細胞周期計測が考えられるが、これに限定されるものではない。近年幹細胞の未分化状態と分化状態では、エネルギー産生様式が異なることが明らかとなってきた(未分化:解糖系経路、分化:酸化的リン酸化経路)。この知見から、細胞の酸素消費量を調べることができる電気化学顕微鏡であれば、幹細胞の分化未分化状態を検査できる可能性がある。 A table 203 in FIG. 5 is a diagram showing an example of a database used in steps S5 and S6 in FIG. 2, and shows a relationship between cell activity and cell respiration activity that can be acquired when cells are measured with an electrochemical microscope. is there. When the cell activity is low, that is, when the cell is not in the growth phase state (FIG. 5a), the respiratory activity is lower than the threshold value (B1), and in the intermediate growth phase state (FIG. 5b), the respiratory activity is near the threshold value (B1). In addition, when the cell activity is high, that is, when the cell is actively proliferating (FIG. 5c), the respiratory activity is high and shows a value sufficiently higher than the threshold (B1). From the information in these databases (tables), it is determined whether or not cell activity is recognized (step S6 in FIG. 2). If the cell activity is lower than the threshold (B1) (NO in step S6), it is determined that the cell is dead or is in a state equivalent thereto, and the cell culture is stopped (step S7). When cell activity is recognized, culture | cultivation is continued (step S8) and step S1-3 is performed again. Noninvasive measurement techniques for cell activity include, but are not limited to, cell respiration activity measurement with an electrochemical microscope, cell viability measurement with laser polarization, and cell cycle measurement with a phase shift laser. In recent years, it has been clarified that the energy production mode differs between the undifferentiated state and the differentiated state of stem cells (undifferentiation: glycolytic pathway, differentiation: oxidative phosphorylation pathway). From this finding, an electrochemical microscope capable of examining the oxygen consumption of cells has the potential to examine the undifferentiated state of stem cells.
ステップS3でインピーダンス変化が認められる場合(Yes)は、培養を継続させる。次のステップとして、低周波数(例えば数十Hz以上1000Hz以下)の交流電流および交流電圧で測定対象の細胞組織のインピーダンスを計測し、タイトジャンクション形成によるバリア機能をモニタする(ステップS9)。次に、インピーダンス過去データのデータベースと照合し(ステップS10)、所望の時間でインピーダンスの変化があるか検査する(ステップS11)。 When the impedance change is recognized in step S3 (Yes), the culture is continued. As the next step, the impedance of the cell tissue to be measured is measured with an alternating current and an alternating voltage at a low frequency (for example, several tens of Hz to 1,000 Hz), and the barrier function due to tight junction formation is monitored (step S9). Next, it collates with a database of past impedance data (step S10), and checks whether there is a change in impedance at a desired time (step S11).
図6のテーブル204は、図2のステップS10、S11に用いるデータベースの1例を示す図であり、バリア機能度と低周波数のインピーダンスとの関係を示すものである。バリア機能がない場合は(図6a)、インピーダンスは所定の閾値Z3よりも低く、適度のバリア機能がある場合は(図6b)、インピーダンスは閾値Z3付近にある。また、バリア機能が高い場合は(図6c)、インピーダンスが高く、閾値Z3よりも大きな値を示す。ここでも前述と同様に、図4のように細胞播種密度の違いにより、インピーダンスの上昇および定常状態に至る時間Tが異なる。これらのデータベース(テーブル)の情報から、図2のステップS11の所望の時間でインピーダンスの変化が認められるかを判断する。 A table 204 in FIG. 6 is a diagram showing an example of a database used in steps S10 and S11 in FIG. 2, and shows a relationship between the barrier functionality and the low-frequency impedance. When there is no barrier function (FIG. 6a), the impedance is lower than the predetermined threshold value Z3, and when there is an appropriate barrier function (FIG. 6b), the impedance is near the threshold value Z3. When the barrier function is high (FIG. 6c), the impedance is high and shows a value larger than the threshold value Z3. Here again, as described above, the impedance rises and the time T until the steady state varies depending on the cell seeding density as shown in FIG. From the information in these databases (tables), it is determined whether or not a change in impedance is recognized at a desired time in step S11 of FIG.
このように、品質検査ユニットがステップS9〜S11を実行することによって、細胞の機能を把握することができる。 Thus, the function of the cell can be grasped by the quality inspection unit executing steps S9 to S11.
もし、測定対象の細胞組織にインピーダンスの変化が認められない場合は、培養を中止する(ステップS12)。一方、インピーダンスの変化が認められる場合は、適当な非侵襲的な細胞・組織形状計測装置14によって測定対象の細胞組織の形状を計測する(ステップS13)。過去データのデータベースと照合し(ステップS14)、所望の細胞・組織形状の有無を検査する(ステップS15)。 If no change in impedance is observed in the cell tissue to be measured, the culture is stopped (step S12). On the other hand, when a change in impedance is recognized, the shape of the cell tissue to be measured is measured by the appropriate noninvasive cell / tissue shape measuring device 14 (step S13). It is checked against the database of past data (step S14), and the presence or absence of a desired cell / tissue shape is inspected (step S15).
図7のテーブル205は、図2のステップS14、S15に用いるデータベースの1例を示す図であり、細胞・組織形状の解析(例えば光干渉断層計で解析)より取得できる重層化度を示すものである。細胞層が1層の場合(図7a)は重層化度が小さく組織の形状としては不適であり、細胞層が数層(4〜5層以上)の場合(図7c)は組織の形状として最適である。細胞層が2層程度の場合(図7b)は、用途に応じて、所望の形状か否かの判定が必要となる。細胞層形状の判定条件(閾値)は、予め設定しておく。 The table 205 in FIG. 7 is a diagram showing an example of the database used in steps S14 and S15 in FIG. 2, and shows the degree of stratification that can be obtained from cell / tissue shape analysis (for example, analysis by optical coherence tomography). It is. When the cell layer is 1 layer (Fig. 7a), the degree of layering is small and unsuitable as the tissue shape, and when the cell layer is several layers (4-5 layers or more) (Fig. 7c), it is optimal as the tissue shape. It is. When the cell layer is about two layers (FIG. 7b), it is necessary to determine whether or not the shape is a desired shape depending on the application. Cell layer shape determination conditions (threshold values) are set in advance.
これらのデータベース(テーブル)の情報と、予め設定した閾値とから、図2のステップS15を判断する。測定対象の細胞組織が所望の形状でない場合は閾値に達していないものとして培養を継続し(ステップS16)、ステップS13〜16を再度行う。閾値以上の所望の形状である場合は、移植可能な細胞組織であると判定し、培養を終了とする。細胞・組織形状を非侵襲で計測する手段としては、光干渉断層計による組織断面の厚み計測や、非接触AFM(原子間力顕微鏡)や非線形光学的手法(ラマン顕微鏡やCARS(コヒ―レントアンチストロークスラマン分光),SHG(第二次高調波発生),SFG(和周波発生)等)による細胞表面微細構造計測が考えられるが、これに限定されるものではない。 Step S15 in FIG. 2 is determined from information in these databases (tables) and a preset threshold value. If the cell tissue to be measured is not in the desired shape, the culture is continued assuming that the threshold has not been reached (step S16), and steps S13 to S16 are performed again. If the desired shape is equal to or greater than the threshold, it is determined that the cell tissue is transplantable, and the culture is terminated. Non-invasive measurement of cell / tissue shape includes measurement of tissue cross-section thickness using optical coherence tomography, non-contact AFM (atomic force microscope) and non-linear optical methods (Raman microscope and CARS (coherent anti-virus)). The cell surface fine structure measurement by stroke Raman spectroscopy, SHG (second harmonic generation), SFG (sum frequency generation), etc.) is conceivable, but is not limited thereto.
なお、上述のインピーダンス計測時の周波数に関しては以下の一般的知見に基づいて記載したものであり、これに限定されるものではない。一般的に、低周波数の場合は、電流は細胞を迂回して上皮細胞間の隙間を流れるため、計測によって得られたインピーダンス値は細胞間のタイトジャンクションの状態を反映し、高周波数の場合は、電流は細胞を迂回せず、計測によって得られたインピーダンス値は細胞の増殖状況を反映することが知られている(非特許文献2参照)。 In addition, regarding the frequency at the time of the above-mentioned impedance measurement, it described based on the following general knowledge, and is not limited to this. In general, at low frequencies, the current bypasses cells and flows through the gaps between epithelial cells, so the impedance value obtained by measurement reflects the state of tight junctions between cells, and at high frequencies, It is known that the current does not bypass the cell, and the impedance value obtained by measurement reflects the state of cell proliferation (see Non-Patent Document 2).
このように、本実施例によれば、測定対象の細胞組織について、細胞・組織の多点観察に必要な一連の品質検査工程を、非侵襲かつ自動で行える。すなわち、細胞の生育状況(密集度、細胞活性)を把握しそれが所定の条件を満たしている場合には、次に、細胞の機能(バリア機能度)を把握しそれが所定の条件を満たしている場合には、次に、所望の細胞・組織形状の有無(重合化度)の観察を、非侵襲かつ自動で行える。 As described above, according to the present embodiment, a series of quality inspection steps necessary for multipoint observation of cells / tissues can be performed non-invasively and automatically for the cell tissue to be measured. That is, if the cell growth status (concentration, cell activity) is grasped and it satisfies the predetermined condition, then the cell function (barrier function) is grasped and it satisfies the predetermined condition. Then, the presence / absence (polymerization degree) of a desired cell / tissue shape can be observed non-invasively and automatically.
図8は、実施例1による細胞培養装置の培養処理の実行の際の、ディスプレイ装置18上の表示画面17の一例を示すものである。図8において、表示画面17中には、その画像表示エリア中に、細胞観察結果21、及び、インピーダンス測定結果22を表示する。また、表示画面17中には、恒温槽3中の環境温度、湿度、CO2濃度、O2濃度を示す温度・湿度・濃度、培養時間表示エリア23が表示されている。更に、培養処理の自動シーケンスか手動シーケンスかを選択するボタン24、培養液交換を選択するボタン25、細胞観察を選択するボタン26が表示されている。さらに、インピーダンス測定(高周波)を選択するボタン27、インピーダンス測定(低周波)を選択するボタン28、細胞活性測定を選択するボタン29、細胞・組織形状測定を選択するボタン30、活動電位測定モードを選択するボタン31が表示されている。例えば培養容器の構成の表示エリア40に有るように、24組織を培養した場合、1組織に関するデータあるいは複数組織のデータを表示することが可能である。この例では、ユーザが表示画面17のメニュー画面を操作して、培養容器A-1に関して、細胞の観察像21、及び、インピーダンス(高周波)測定結果22を画面に表示させている。ユーザは、測定対象の細胞組織について、品質検査ユニットにより細胞・組織の多点観察を行うために必要な条件を設定し、自動的に処理される一連の品質検査の状況や結果に関して閲覧したいデータを、リアルタイムで表示し、観察することができる。なお、検査の過程でユーザが表示画面17に表示された測定対象の細胞組織の状態等に応じて、パラメータや判定条件を変更することも可能である。FIG. 8 shows an example of the
本実施例によれば、移植する細胞・組織そのものの多点観察のための一連の品質検査が、非侵襲かつ自動で可能となり、安全安心な再生医療を実現できる。 According to the present embodiment, a series of quality inspections for multipoint observation of cells / tissues to be transplanted can be performed non-invasively and automatically, and safe and secure regenerative medicine can be realized.
次に、本発明の第2の実施例を、図9、図10に従い説明する。図9は心筋や筋芽、神経などの自発的活動電位を生じる細胞シートを対象組織とした、品質検査プログラム(品質検査ユニット)の一例を示す。 Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 9 shows an example of a quality inspection program (quality inspection unit) in which the target tissue is a cell sheet that generates spontaneous action potentials such as myocardium, myoblast, and nerve.
品質検査ユニットを起動したユーザは、表示画面17から、測定対象の細胞組織のデータや検査に関係する条件・パラメータなどを入力する。続いて、ステップS1〜S8までは、実施例1と同様である。ステップS3でインピーダンス変化が認められる場合は、培養を継続させる。次のステップとして、細胞観察用装置12や活動電位計測装置15により活動電位を計測し(ステップS17)、過去データのデータベースと照合し(ステップS18)、所望の活動電位が得られるかを検査する(ステップS19)。
The user who has started the quality inspection unit inputs data on cell tissue to be measured, conditions / parameters related to inspection, and the like from the
図10は、図9のステップS18、19に用いるデータベース206の1例を示す図であり、活動電位と細胞膜電位値の関係を示すものである。細胞固有の機能、活性が低い場合(10a)は、刺激後脱分極した際の膜電位変化が少なく閾値V1よりも小さい。細胞固有の機能、活性が中程度になると(図10b)は膜電位変化が所定の閾値V1を超えるようになり、細胞固有の機能、活性が高い場合(図10c)は、刺激後脱分極した際の膜電位変化が大きく、閾値V1よりも十分に大きな値を示す。これらのデータベースから、図9のステップS19の活動電位の有無を判断する。
FIG. 10 is a diagram showing an example of the
活動電位が認められない場合は、培養を中止する(ステップS20)。活動電位が認められる場合は、適当な非侵襲的な組織形状計測手段によって細胞の組織形状を計測する(ステップS13)。さらに、実施例1と同様に、過去データのデータベースと照合し(ステップS14)、所望の細胞・組織形状の有無を検査する(ステップS15)。所望の形状でない場合は培養を継続し(ステップS16)、ステップS13〜16を再度行う。所望の形状である場合は培養終了とする。活動電位を非侵襲で計測する手段としては、多電極アレイによる細胞近傍の電位変化計測や、SQUID(超電導量子干渉素子)磁束計による活動電位発生に伴う磁場計測、電気化学顕微鏡による活動電位に伴う細胞近傍の電位変化計測が考えられるが、これに限定されるものではない。また、電極付き培養皿はしばしば、不透明であり細胞観察をする際に障害となるが、その場合には、電極形状を工夫するか、半透明の半導体を使ってもよい。 If no action potential is observed, the culture is stopped (step S20). If an action potential is recognized, the tissue shape of the cell is measured by an appropriate noninvasive tissue shape measuring means (step S13). Further, in the same manner as in the first embodiment, it is checked against the database of past data (step S14), and the presence or absence of a desired cell / tissue shape is inspected (step S15). When it is not a desired shape, culture | cultivation is continued (step S16) and step S13-16 is performed again. When the desired shape is obtained, the culture is terminated. Non-invasive measures of action potential include measurement of potential changes in the vicinity of cells using a multi-electrode array, measurement of magnetic field associated with action potential generation using a SQUID (superconducting quantum interference device) magnetometer, and action potential using an electrochemical microscope. Although potential change measurement in the vicinity of cells can be considered, it is not limited to this. In addition, the culture dish with electrodes is often opaque and becomes an obstacle when observing cells. In this case, the electrode shape may be devised or a semitransparent semiconductor may be used.
細胞形状を非侵襲で計測する手段としては、光干渉断層計による組織断面の厚み計測や、非接触高速AFMや非線形光学的手法(ラマン顕微鏡やCARS(コヒ―レントアンチストロークスラマン分光),SHG(第二次高調波発生),SFG(和周波発生)等)による細胞表面微細構造計測が考えられるが、これに限定されるものではない。図8に示した表示画面17は、実施例2にも適用可能である。
Non-invasive measurement of cell shape includes tissue cross-sectional thickness measurement by optical coherence tomography, non-contact high-speed AFM, nonlinear optical technique (Raman microscope, CARS (coherent anti-stroke Raman spectroscopy), SHG ( Cell surface fine structure measurement by second harmonic generation), SFG (sum frequency generation, etc.) is conceivable, but is not limited to this. The
本実施例でも、測定対象の細胞組織について、細胞・組織の複数指標による品質評価に必要な一連の品質検査工程を、非侵襲かつ自動で行える。すなわち、細胞の生育状況(密集度、細胞活性)を把握しそれが所定の条件を満たしている場合には、次に、細胞固有の機能、活性を把握しそれが所定の条件を満たしている場合には、次に、所望の細胞・組織形状の有無(重合化度)の観察を、非侵襲かつ自動で行える。すなわち、移植する細胞・組織そのものの複数指標による品質評価のための一連の品質検査が、非侵襲かつ自動で可能となり、安全安心な再生医療を実現できる。 Also in this embodiment, a series of quality inspection steps necessary for quality evaluation using a plurality of cell / tissue indices can be performed non-invasively and automatically for the cell tissue to be measured. That is, if the growth status (concentration, cell activity) of a cell is grasped and it satisfies a predetermined condition, then the cell-specific function and activity are grasped and the condition is satisfied. In this case, next, the presence / absence (polymerization degree) of a desired cell / tissue shape can be observed non-invasively and automatically. That is, a series of quality inspections for quality evaluation using a plurality of indexes of cells / tissues to be transplanted can be performed non-invasively and automatically, and safe and secure regenerative medicine can be realized.
次に、本発明の第3の実施例を図面に従い説明する。図11は実施例1、2で対象とした組織以外の細胞シートを対象組織とした、品質検査プログラム(品質検査ユニット)の一例を示す。品質検査ユニットを起動したユーザは、表示画面17から、測定対象の細胞組織のデータや検査に関係する条件・パラメータなどを入力する。続いて、ステップS1〜S8までは、実施例1、2と同様である。ステップS3でインピーダンス変化が認められる場合は、培養を継続させる。次のステップとして、適当な非侵襲的な細胞・組織形状計測手段によって組織形状を計測する(ステップS13)。過去データのデータベースと照合し(ステップS14)、所望の細胞・組織形状の有無を検査する(ステップS15)。所望の形状でない場合は培養を継続し(ステップS16)、ステップS13〜16を再度行う。所望の形状である場合は培養終了とする。図8に示した表示画面17は、実施例3にも適用可能である。
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 11 shows an example of a quality inspection program (quality inspection unit) in which a cell sheet other than the tissue targeted in Examples 1 and 2 is the target tissue. The user who has started the quality inspection unit inputs data on cell tissue to be measured, conditions / parameters related to inspection, and the like from the
本実施例でも、移植する細胞・組織そのものの複数指標による品質評価のための一連の品質検査が、非侵襲かつ自動で可能となり、安全安心な再生医療を実現できる。 Also in this embodiment, a series of quality inspections for quality evaluation using a plurality of indices of cells / tissues to be transplanted can be performed non-invasively and automatically, and safe and secure regenerative medicine can be realized.
図12は、本発明の第4の実施例に係る、第1〜3の実施例に用いられる表示画面の他の例を示す図である。図8の例と異なり、表示するデータは、ある一つの計測結果のみならず、複数種の計測で得た結果を表示できる。培養対象や、培養経過時間によって、ユーザが閲覧したいデータは異なり、考えうる全ての組み合わせによる表示方法でもよい。図12の例では、インピーダンス(高周波)の測定結果22とインピーダンス(低周波)の測定結果33の2種類のデータが表示されている。
FIG. 12 is a diagram showing another example of the display screen used in the first to third embodiments according to the fourth embodiment of the present invention. Unlike the example of FIG. 8, the data to be displayed can display not only a single measurement result but also the results obtained by a plurality of types of measurement. The data that the user wants to browse differs depending on the culture target and the culture elapsed time, and a display method using all possible combinations may be used. In the example of FIG. 12, two types of data are displayed: an impedance (high frequency)
また、表示画面は制御装置に直接接続されている必要はなく、例えばタブレット端末やスマートフォン等の無線通信で接続された端末に表示してもよい。そのような無線通信の端末を使用することで、遠隔で細胞培養装置を動作させたり、動作内容を確認できるため、装置操作者に有益である。また、熟練度の低い装置操作者に対しては、装置操作方法を指示し、なすべき動作を促すような画面表示させる工夫をすることでヒューマンエラーを低減可能である。 The display screen does not need to be directly connected to the control device, and may be displayed on a terminal connected by wireless communication such as a tablet terminal or a smartphone. By using such a wireless communication terminal, the cell culture apparatus can be remotely operated and the operation content can be confirmed, which is beneficial to the apparatus operator. In addition, it is possible to reduce human errors by instructing a device operator having a low skill level to instruct the device operation method and displaying the screen so as to prompt an operation to be performed.
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、あらゆる細胞種に適用可能である。また、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したのであり、必ずしも説明の全ての構成を備えるものに限定されものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることが可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。 In addition, this invention is not limited to an above-described Example, It is applicable to all cell types. Further, the above-described embodiments have been described in detail for easy understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the configurations described. Further, a part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment. Further, it is possible to add, delete, and replace other configurations for a part of the configuration of each embodiment.
更に、上記品質検査ユニットを含む各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等により専用ハードウェアで実現してもよい。品質検査ユニットの各機能を実現する制御プログラム等の情報は、記憶部としてメモリのみならず、ハードディスク、SSD(Solid State Drive)等の記憶装置、または、IC(Integrated Circuit)カード等の記録媒体におくことができる。 Furthermore, each configuration, function, processing unit, processing means, and the like including the quality inspection unit may be realized by dedicated hardware by designing a part or all of them with, for example, an integrated circuit. Information such as a control program that realizes each function of the quality inspection unit is stored not only in a memory as a storage unit but also in a storage device such as a hard disk or an SSD (Solid State Drive), or a recording medium such as an IC (Integrated Circuit) card. I can leave.
1…細胞培養装置
2…制御装置
3…恒温槽
4…培養容器
13…インピーダンス計測装置
14…細胞・組織形状計測装置
15…活動電位計測装置
16…細胞活性計測装置
17…表示画面
18…ディスプレイ
19…品質検査プログラム(品質検査ユニット)
20…データベース
21…細胞観察結果
22…インピーダンス測定結果
201…テーブル
202…テーブル
203…テーブル
204…テーブル
205…テーブル
206…テーブル。DESCRIPTION OF
20 ...
Claims (15)
前記複数段階での非侵襲の検査に用いる計測装置と、
該計測装置を用いた測定対象の細胞組織の該複数段階での非侵襲の検査を制御する品質検査ユニットと、
前記複数段階での非侵襲の検査に関する情報を保持するデータベースとを備え、
前記複数段階での非侵襲の検査は、少なくとも前記細胞の生育状況の把握検査を含み、
前記測定対象の細胞組織のインピーダンスを計測し、該計測結果と所定の第1の閾値との比較判定を行い、前記第1の閾値以上の場合と該閾値に満たない場合とで、次の検査の内容を変更する
ことを特徴とする細胞組織検査システム。 A cellular tissue examination system for non-invasive examination of cellular tissue in multiple stages ,
A measuring device used for non-invasive examination in the plurality of stages ;
A quality inspection unit for controlling non-invasive inspection of the cell tissue to be measured using the measuring device in the plurality of stages ;
A database for holding information on non-invasive examinations in the plurality of stages ,
The non-invasive examination in the plurality of stages includes at least a grasping examination of the growth state of the cells,
The impedance of the measurement target tissue is measured, the measurement result is compared with a predetermined first threshold value, and the next inspection is performed when the threshold value is equal to or greater than the first threshold value. A cell tissue examination system characterized by changing the contents of.
前記複数段階での非侵襲の検査は、前記細胞の機能に関する検査及び前記細胞の組織形状に関する検査を含み、
前記計測結果が前記第1の閾値以上の場合は、前記細胞の機能もしくは前記細胞の組織形状を計測する
ことを特徴とする細胞組織検査システム。 In claim 1,
The non-invasive examination in the plurality of stages includes an examination on the function of the cell and an examination on the tissue shape of the cell,
When the measurement result is equal to or greater than the first threshold, the cell tissue inspection system is characterized by measuring the function of the cell or the tissue shape of the cell.
前記細胞の生育状況の把握検査のために、前記測定対象の細胞組織の高周波インピーダンスを計測し、該計測結果と前記第1の閾値との比較判定を行い、
前記計測結果が前記第1の閾値以上の場合は、前記細胞の機能に関する検査のために前記測定対象の細胞組織の低周波インピーダンスを計測し、該計測結果と所定の第3の閾値との比較判定を行い、
前記低周波インピーダンスの計測結果が前記第3の閾値以上の場合に、前記測定対象の細胞の組織形状について計測し、該計測結果と所定の第2の閾値との比較判定を行い、前記第2の閾値以上の場合と該閾値に満たない場合とで、次の処理内容を変更する
ことを特徴とする細胞組織検査システム。 In claim 2,
In order to grasp and check the growth status of the cells, the high frequency impedance of the measurement target tissue is measured, and the measurement result is compared with the first threshold value,
If the measurement result is greater than or equal to the first threshold value, the low-frequency impedance of the cell tissue to be measured is measured for a test relating to the function of the cell, and the measurement result is compared with a predetermined third threshold value Make a decision,
When the measurement result of the low-frequency impedance is equal to or greater than the third threshold, the tissue shape of the measurement target cell is measured, the measurement result is compared with a predetermined second threshold, and the second A cell tissue examination system, wherein the next processing content is changed depending on whether the threshold is equal to or greater than the threshold.
前記第1の閾値以上の場合は、前記細胞の活動電位を計測し、該計測結果と所定の第5の閾値との比較判定を行い、
前記活動電位の計測結果が前記第5の閾値以上の場合は、前記細胞の組織形状について計測を行い、該計測結果と所定の第2の閾値との比較判定を行い、前記第2の閾値以上の場合と該閾値に満たない場合とで、次の処理内容を変更する
ことを特徴とする細胞組織検査システム。 In claim 2,
If it is equal to or greater than the first threshold, the action potential of the cell is measured, and the measurement result is compared with a predetermined fifth threshold,
When the action potential measurement result is equal to or greater than the fifth threshold value, the tissue shape of the cell is measured, and the measurement result is compared with a predetermined second threshold value. And a cell tissue examination system characterized in that the next processing content is changed depending on whether or not the threshold is satisfied.
前記複数段階での非侵襲の検査は、前記細胞の組織形状に関する検査を含み、
前記第1の閾値以上の場合は、前記細胞の組織形状について計測を行い、該計測結果と所定の第2の閾値との比較判定を行い、前記第2の閾値以上の場合と該閾値に満たない場合とで、次の処理内容を変更する
ことを特徴とする細胞組織検査システム。 In claim 1,
The non-invasive examination in the plurality of stages includes an examination regarding the tissue shape of the cell,
If it is greater than or equal to the first threshold, the tissue shape of the cell is measured, the measurement result is compared with a predetermined second threshold, and if the threshold is greater than or equal to the second threshold, the threshold is met. A cell tissue examination system characterized in that the next processing content is changed when there is no.
前記第1の閾値に満たない場合は、前記測定対象の細胞組織の細胞活性を計測し、該細胞活性の計測結果と第4の閾値との比較判定を行い、前記細胞活性の計測結果が前記第4の閾値以上の場合は、前記測定対象の細胞組織の培養を継続し、前記細胞活性の計測結果が前記第4の閾値に満たない場合は、前記細胞の培養を中止し、
前記第2の閾値以上の場合は、前記測定対象の細胞組織が移植可能な細胞であると判定し、前記計測結果が前記第2の閾値に満たない場合は再度前記組織形状の計測を行い、前記第2の閾値との比較判定を行う
ことを特徴とする細胞組織検査システム。 In any of claims 3 to 5,
When the first threshold value is not reached, the cell activity of the cell tissue to be measured is measured, the measurement result of the cell activity is compared with the fourth threshold value, and the measurement result of the cell activity is If the fourth threshold value or more, continue the culture of the measurement target cell tissue, if the measurement result of the cell activity is less than the fourth threshold, stop the cell culture,
When the second threshold or more, it is determined that the measurement target tissue is a transplantable cell, and when the measurement result is less than the second threshold, the tissue shape is measured again, A cellular tissue examination system, which performs a comparison determination with the second threshold value.
ユーザインタフェースとして機能し、前記複数段階での非侵襲の検査の測定対象及び少なくとも1つの前記測位結果を表示するディスプレイを備えている
ことを特徴とする細胞組織検査システム。 In claim 1,
A cell tissue examination system comprising a display that functions as a user interface and displays a measurement target of a non-invasive examination in the plurality of stages and at least one positioning result.
前記培養容器が設置される細胞培養用恒温槽と、
前記培養容器の培養環境を制御する制御装置と、
細胞観察用装置と、
インピーダンス計測装置と、
細胞・組織形態計測装置と、
細胞活性計測装置と、
を備えた細胞培養装置であって、
前記制御装置は、
前記各計測装置を用いた複数段階の非侵襲の細胞検査を制御する品質検査ユニットを備え、
前記複数段階の非侵襲の細胞検査は、細胞の生育状況の把握、及び組織形状の計測を含み、
前記品質検査ユニットは、
前記細胞の生育状況の把握検査のために、前記インピーダンス計測装置により前記細胞組織のインピーダンスを計測し、該計測結果と所定の第1の閾値との比較判定を行い、前記第1の閾値以上の場合と該閾値に満たない場合とで、次の検査の内容を変更する
ことを特徴とする細胞培養装置。 A culture vessel for cell culture;
A thermostat for cell culture in which the culture vessel is installed;
A control device for controlling the culture environment of the culture vessel;
A cell observation device;
An impedance measuring device;
A cell / tissue morphology measuring device;
A cell activity measuring device;
A cell culture device comprising:
The controller is
A quality inspection unit for controlling a multi-stage non-invasive cell inspection using each measuring device,
The multi-stage non-invasive cell examination includes grasping the growth state of cells and measuring the tissue shape,
The quality inspection unit is
For grasping and checking the growth state of the cell, the impedance of the cellular tissue is measured by the impedance measuring device, the measurement result is compared with a predetermined first threshold value, and is equal to or higher than the first threshold value. A cell culture device characterized in that the contents of the next examination are changed depending on the case and the case where the threshold is not met.
前記細胞の生育状況の把握検査のために、前記インピーダンス計測装置により前記細胞組織の高周波インピーダンスを計測し、
前記第1の閾値以上の場合は、前記インピーダンス計測装置による前記細胞の低周波インピーダンスの計測を行う
ことを特徴とする細胞培養装置。 In claim 8,
For the purpose of grasping and examining the growth state of the cells, the high-frequency impedance of the cellular tissue is measured by the impedance measuring device,
The cell culture device characterized in that when the impedance is equal to or higher than the first threshold, the low-frequency impedance of the cell is measured by the impedance measurement device.
活動電位計測装置を備え、
前記細胞の生育状況の把握検査のために、前記インピーダンス計測装置により前記細胞組織の高周波インピーダンスを計測し、
前記第1の閾値以上の場合は、前記細胞の活動電位を計測する
ことを特徴とする細胞培養装置。 In claim 9,
Equipped with action potential measuring device,
For the purpose of grasping and examining the growth state of the cells, the high-frequency impedance of the cellular tissue is measured by the impedance measuring device,
The cell culture device, wherein the action potential of the cell is measured when the first threshold value or more.
前記細胞の生育状況の把握検査のために、前記インピーダンス計測装置により前記細胞組織の高周波インピーダンスを計測し、
前記第1の閾値以上の場合は、前記細胞・組織形態計測装置による前記組織形状の計測を行う
ことを特徴とする細胞培養装置。 In claim 8,
For the purpose of grasping and examining the growth state of the cells, the high-frequency impedance of the cellular tissue is measured by the impedance measuring device,
The cell culture device, wherein the tissue shape is measured by the cell / tissue morphology measuring device when the first threshold value or more.
ユーザインタフェースとして機能し、前記複数段階の非侵襲の細胞検査に関して、前記各検査の少なくとも1つの測定対象及び前記測位結果を表示するディスプレイを備えている
ことを特徴とする細胞培養装置。 In claim 8,
A cell culture device that functions as a user interface and includes a display that displays at least one measurement object and the positioning result of each of the plurality of non-invasive cell tests.
前記細胞組織検査システムは、
前記複数段階での非侵襲的の検査に用いる計測装置と、
該計測装置を用いた測定対象の細胞組織の検査を制御する品質検査ユニットと、
前記検査に関する情報を保持するデータベースとを備え、
前記複数段階での非侵襲的の検査は、細胞の生育状況の把握、及び組織形状の計測を含み、
前記細胞の生育状況の把握検査のために、前記測定対象の細胞組織のインピーダンスを計測し、
該計測結果と所定の第1の閾値との比較判定を行い、前記第1の閾値以上の場合と該閾値に満たない場合とで、次の検査の内容を変更する
ことを特徴とする細胞組織検査方法。 A method for non-invasively examining a tissue of a cell in multiple stages using a cellular tissue examination system,
The cell tissue examination system comprises:
A measuring device used for non-invasive examination in the plurality of stages ;
A quality inspection unit for controlling the inspection of the cell tissue to be measured using the measuring device;
A database holding information on the inspection,
The non-invasive examination in the plurality of stages includes grasping the growth state of cells and measuring the tissue shape,
For grasping and examining the growth state of the cells, the impedance of the measurement target tissue is measured,
A cellular tissue characterized in that the measurement result is compared with a predetermined first threshold value, and the content of the next examination is changed between the case where the measurement result is equal to or more than the first threshold value and the case where the measurement result is less than the threshold value. Inspection method.
前記計測結果が前記第1の閾値以上の場合は、前記細胞の組織形状もしくは前記細胞の機能を計測し、
前記第1の閾値に満たない場合は、前記測定対象の細胞組織の培養を継続した後再度前記測定対象の細胞組織のインピーダンスの計測、及び前記比較判定を行う
ことを特徴とする細胞組織検査方法。 In claim 13,
If the measurement result is greater than or equal to the first threshold, measure the tissue shape of the cell or the function of the cell,
When the first threshold value is not satisfied, the measurement of the impedance of the measurement target cell tissue is continued and the comparison determination is performed again after continuing the culture of the measurement target cell tissue. .
前記計測結果が前記第1の閾値以上の場合は、前記細胞の活動電位を計測し、
前記第1の閾値に満たない場合は、前記測定対象の細胞組織の培養を継続した後再度前記測定対象の細胞組織のインピーダンスの計測、及び前記比較判定を行う
ことを特徴とする細胞組織検査方法。 In claim 13,
If the measurement result is greater than or equal to the first threshold, measure the action potential of the cell,
When the first threshold value is not satisfied, the measurement of the impedance of the measurement target cell tissue is continued and the comparison determination is performed again after continuing the culture of the measurement target cell tissue. .
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